зона частот, причем в зависимости от временного соотношения векторов Е и Н (сдвиг фаз равен нулю или я) будут иметь место пульсирующие с частотой 2/о колебания амплитуды давления. Эти явления могут иметь место и при относительно низких энергиях электромагнитных полей, когда термические эффекты еще отсутствуют. Отметим, что все вышесказанное справедливо лишь для низкомолекулярных ионов, для которых велико Vt, особенно для случая Н+ и ОН- ионов, массы которых малы, а концентрации в единице объема могут быть очень велики.

Таким образом, физический механизм возникновения макроскопического потока электролита в скрещенных электрических и магнитных полях заключается в следующем: всю массу нейтральных молекул воды как бы тянет одновременно множество низкомолекулярных катионов и анионов, причем источником энергии служит энергия электрического поля, а магнитное поле играет роль управляющей системы. По-видимому, именно этот механизм лежит в основе различных электромагнитных воздействий на водные электролиты как в объеме, так и в области межфазных границ. Возникновение значительных давлений и скоростей потока до 0,1-1 м/с (при Я~10*н-105 А/м, плотности тока /= = 10н-100 мА/см, £=1-=-10 В/см) подтверждает высказывание С. В. Вонсовского [45] о том, что во многих случаях слабые магнитные взаимодействия могут играть роль курка н производить большой эффект.

Граничные слои на межфазных границах. Имеющиеся к настоящему времени экспериментальные данные позволяют считать, что на поверхности раздела фаз (водный раствор электролита - твердая фаза) возникает граничный слой жидкости, характеризуемый физико-химическими свойствами, которые при обычных температурах отличны от аналогичных объемных свойств жидкости [22, 67, 68, 141, 142, 161].

С ростом температуры до 50-60 °С аномальные свойства граничного слоя исчезают. Следует ожидать сохранения трехмерного теплового движения ионов в таком гелеобразном слое , причем подвижность ионов в этом случае близка к подвижности ионов в объеме жидкости, в то время как гидродинамические характеристики жидкости существенно отличаются. Следует отметить, что концентрация ионов того или другого знака (катионов или анионов) в пограничном слое может быть больше, чем в объеме, например,

(1.16)

где F -число Фарадея; Сав, Са . и 2аб, га , - концентрации анионов и их зарядности в слое бив объеме. Наличие ионов со значительным коэффициентом диффузии в диффузной части двойного слоя обусловливает существенную электрическую проводимость независимо от того, в подвижной или неподвижной области граничного слоя находится объемный заряд. Отметим, что в области двойного слоя напряженность электрического поля достигает примерно 3-105 в/см.

Электрогидродинамические явления в области межфазных границ в водных электролитах. Вследствие относительно высокой проводимости водных растворов рассмотрение и практическое иапользование электрогидродинамических явлений в водных растворах принято ограничивать электроосмотическими процессами, теория которых развита для случая ЕгфО (£t - напряженность электрического поля, параллельная границе раздела), для стационарных условий и ламинарных режимов потока. Как известно, тангенциальная скорость в жестком одиночном капилляре радиусом Го при Го>бдв, где бдв - толщина диффузной части двойного слоя, равна

К, = !;е£,/4ял. (1-17)

где I - дзета-потенциал; е - диэлектрическая постоянная; т) -коэффициент вязкости.

В случае перекрывания ионных атмосфер при Го<Сбдв тангенциальная скорость Vi уменьшается и определяется, согласно [22], для щели шириной Ло следующим выражением:

v,=-El-Pj. (1.18)

Ло/(2бдв) J

В электрическом поле, направленном перпендикулярно межфазной границе при En(i, VEn¥=G может возникнуть движение жидкости. Например, на границе вода-воздух оно будет обусловлено изменением поверхностного натяжения жидкости, различиями в диэлектрической проницаемости, перемещением жидкости в область большего V £ и индукционными эффектами, которые определяются электрической проводимостью а [115]. Это движение будет обусловливаться электрогидродинампческой силой iaru равной в общем случае

!эгд==<7(, а)Е-/,Е\е-а{Е)/г, (1.19)

где q - плотность свободных зарядов в объеме или на поверхности жидкости; Ve -градиент диэлектрической постоянной в жидкости или в области межфазных границ; а - коэффициент поверхностного натяжения, г - радиус кривизны поверхности жидкости.

Рассмотрим микрогидродинамическую природу потока жидкости, возникающего в области бдв при Et с учетом результатов, полученных в [51] и [49]. Используя общий вид выражения для макроскопической скорости Ус (1.10), можно полагать, что и в этом случае Ус определяется суммарным коллективным эффектом действия импульсов низкомолекулярных ионов на всю массу жидкости. При ЕгФО, Тэгд t = ZiqeEt, где z,-, - зарядность t-того иона, е - заряд электрона.

Для отдельного иона изменение импульса при трансляционно.м переходе

p!qt = ZieEtto. (1.20)

Суммарный эффект Ард, определяющий УсфО, обусловлен тем, что в области бдв концентрации катионов и анионов различны

(1.16). Особенность микрогидродинамических явлений в слоях б заключается в том, что существенную роль начинают играть электрические поля, вызванные электрическим зарядом поверхности раздела фаз и суммарным объемным зарядом ионов в области б. В этих условиях [см. (1.10)]

;

Z Z Арн.о Ф О,

л= 1 /= 1

что оказывает, по-видимому, тормозящее влияние на возникновение течения воды в пограничном слое. Известно явление повышения структурированности воды под действием электрического поля подложки вследствие дипольного момента молекул воды [22, 162]. При рэгд То,2 возникает движение вне неподвижного слоя, а при /?эгд то,2, где то,2 - предельное напряжение сдвига граничного

тШЛ /ШЩ

Рис. 1.2. Схематическое изображение эпюры скоростей в момент включения поля (а) и спустя /=0,5.f-0,6 с (б) по [65].

слоя [22], происходит вовлечение в поток дополнительного, ранее неподвижного объема жидкости, несущего объемный заряд плотностью роз=70, что должно увеличивать ток течения . При Et{t) возможен поток как в стационарных, так и в нестационарных режимах. Своеобразна эпюра скоростей при электроосмосе [65]: скорость потока максимальна на периферии и минимальна в центре, причем спустя время /~0,l-f-0,6 с после создания электрического поля скорости выравниваются (рис. 1.2).

Магнитогидродинамические эффекты в пограничных слоях. Рассмотрим теперь особенности потоков жидкости, возникающих в однородном магнитном поле в области межфазных границ электрод- электролит при плотности тока \ф. В этом случае Ко определяется по (1.10). Однако в этом выражении, в отличие от случая объемной жидкости, как и при ЕгФ,

i i

Е Е Дрн.о Ф 0.

Тангенциальные силы /мгд , создаются непосредственно на поверхности электрода, где /=76, Нф(3 в области граничных слоев жидкости. Это приводит к существенным различиям в структуре пограничных слоев при fuv и при вынужденной конвекции. При Р.мгд то,2 происходит разрушвние структуры жидкости в сольват-ном слое и эпюры скоростей при электроосмосе и магнитогидро-динамических эффектах аналогичны.